一种风电机组联合设计选型系统技术方案

本专利涉及风力发电中的风电机组设计领域，具体是一种基于可编程仿真软件的风电机组联合设计选型系统，包括GUI图形化模块软件前端和GUI图形化模块软件后端；所述GUI图形化模块软件前端包括用户登录模块和功能选择模块，所述功能选择模块包括额定电流计算功能模块、额定转速计算功能模块和空载电压计算功能模块三个软件功能模块，本系统通过人机交互输入对风电机组的相应数据进行采集，有助于实现风力发电机组系统整体解决方案的设计、实现该系统参数配置；通过快速运算迭代，直观地呈现设计效果，完成额定电流、额定转速、空载电压等参数设计。数设计。数设计。

【技术实现步骤摘要】
一种风电机组联合设计选型系统


[0001]本专利涉及风力发电中的风电机组设计领域，具体是一种基于可编程仿真软件的风电机组联合设计选型系统。

技术介绍

[0002]MATLAB是一种可编程仿真软件，拥有很强大的数学函数库，在复杂的数值分析、信号处理、算法开发、数据可视化等方面具有明显优势，也提供了具有强大功能的图形化用户接口开发模板GUIDE，使模块开发变得简洁；加上大多数工程技术开发人员比较熟悉MATLAB设计平台，故在设计需要对大量数据进行各种运算和处理的实验仿真平台上位机软件时，使用MATLAB平台进行系统开发，具有很好的便利性、可操作性和可实现性。
[0003]在风电机组系统的设计中，需考虑发电机额定功率、发电机额定转速、发电机额定频率、发电机额定电压、发电机空载电压、发电机定子电阻、发电机定子d轴电感、发电机定子q轴电感、发电机额定电流等众多因素，参数之间又多有相互耦合关系，对开发人员进行参数设计工作带来较大干扰、巨大工作量和分析难度，因此通过具有运算能力的设计系统工具来完成风电机组联合设计选型系统是急切所需。
[0004]在基于MATLAB进行GUI图形化模块开发中，由于MATLAB编译器无法较好地同时支持多元高阶复杂方程的解析和打包发布为应用软件的工程化应用等问题，这也是工程应用领域开发人员较少采用基于MATLAB来开发GUI图形化模块的重要原因。故在风电机组联合设计时，除完成风电机组参数选型算法，还需考虑并解决复杂方程解析和软件工程化问题，本专利中因此提出了通过迭代解析的方法来将复杂方程的解析转化为简单方程的解析问题。

技术实现思路

[0005]为方便研发设计人员简单、快速、准确地进行风电机组参数设计，本申请提出了一种风电机组联合设计选型系统。
[0006]一种风电机组联合设计选型系统，包括GUI图形化模块软件前端和GUI图形化模块软件后端；所述GUI图形化模块软件前端包括用户登录模块和功能选择模块，所述功能选择模块包括额定电流计算功能模块、额定转速计算功能模块和空载电压计算功能模块三个软件功能模块。
[0007]所述用户登录模块，用于用户通过账号和密码可进入使用该软件系统所提供的服务，其包括有用户名称子模块、密码输入子模块、运行子模块、退出子模块。
[0008]每个软件功能模块包括八个参数输入子模块、计算结果子模块、复位子模块、清零子模块、计算子模块和退出子模块。
[0009]进一步地，所述软件功能模块还包括有波形显示子模块、LOGO显示子模块和时间显示灯子模块。
[0010]进一步地，所述额定电流计算功能模块的八个参数输入子模块为发电机额定功率
输入子模块、发电机额定转速输入子模块、发电机额定频率输入子模块、发电机额定电压输入子模块、发电机空载电压输入子模块、电机定子电阻输入子模块、发电机定子d轴电感输入子模块和发电机定子q轴电感输入子模块，通过输入上述八个输入子模块对应的参数，计算得出额定电流及功率因素，状态显示栏中会显示输入参数是否合理。
[0011]进一步地，所述额定转速计算功能模块的八个参数输入子模块为发电机额定功率输入子模块、发电机额定电流输入子模块、发电机额定频率输入子模块、发电机额定电压输入子模块、发电机空载电压输入子模块、电机定子电阻输入子模块、发电机定子d轴电感输入子模块和发电机定子q轴电感输入子模块，通过输入上述八个输入子模块对应的参数，计算得出额定转速及功率因素，状态显示栏中会显示输入参数是否合理。
[0012]进一步地，所述空载电压计算功能模块的八个参数输入子模块为发电机额定功率输入子模块、发电机额定转速输入子模块、发电机额定频率输入子模块、发电机额定电压输入子模块、发电机额定电流输入子模块、电机定子电阻输入子模块、发电机定子d轴电感输入子模块和发电机定子q轴电感输入子模块，通过输入上述八个输入子模块对应的参数，计算得出空载电压及功率因素，状态显示栏中会显示输入参数是否合理。
[0013]进一步地，所述功能选择模块还包括发电机的定子电压模型和电磁转矩数学模型，上述模型则服务于各软件功能模块；在分析风电永磁直驱同步发电机结构及原理的基础上，建立发电机的通用等效数学模型即静止对称的三相坐标系下发电机定子绕组的各相电压方程，通过Clarke 变换和 Park 变换等坐标转换、数学推导，将直驱式永磁同步发电机的数学模型由静止对称的三相坐标系变换至静止对称的两相坐标系再变换到旋转的两相对称坐标系，从而将抽象的计算复杂的变系数的微分方程变换为等效的常系数的微分方程来求解控制。
[0014]再进一步地，dq旋转坐标系下的永磁同步发电机定子电压的数学模型为：u
sd
=R
s
*i
sd
+L
d
*di
sd
/dt
‑
ω*L
q
*i
sq ；u
sq
=R
s
*i
sq
+L
q
*di
sq
/dt+ω*L
d
*i
sd
+ω*Ψ ；dq旋转坐标系下的电磁转矩数学模型为：T
e
=p*[Ψ*i
sq
+(L
d
‑
L
q
)*i
sd
*i
sq
] ；式中，u
sd 、u
sq 分别是定子 d、q 轴的电压分量；Rs 是定子电阻；i
sd
、i
sq
分别是定子d、q轴的电流分量；L
d
、L
q
分别是定子d、q轴的自感；ω是转子的角速度；Ψ 是转子上永磁体磁链的最大值；p是电机极对数。
[0015]其中，登录模块：通过用户名和密码权限信息，登录并使用软件。功能选择模块：可任意选择风电机组典型参数如额定电流、额定转速、空载电压等进行优化迭代；LOGO显示子模块：进行软件品牌logo图片和模块背景图片的展示。时间显示模块：将时间进行实时显示；数据图形化模块：将风电机组的典型数据如电流、电压以波形图形显示；复位子模块：将所有参数初始化；清零子模块：将所有参数清零。计算子模块：根据已有参数，给出最优结果；退出子模块：结束使用，关闭软件。
[0016]进一步地， GUI图形化模块软件后端包括回调函数程序模块、时间程序模块、数据图形化程序模块、背景展示程序模块、算法程序模块；回调函数程序模块：实现将软件前端与软件后端的数据通信；时间程序模块：实现产生实时时间；数据图形化程序模块：将风电机组的典型数据如电流、电压转换为波形图形；算法程序模块：实现功能选择模块中风电机
组典型参数如额定电流、额定转速、空载电压等的优化迭代。
[0017]进一步地，步骤一，初始化；将风电机组联合设计所需参数进行初始化；发电机额定功率Pn_kw=a1 kw，发电机额定转速OMEGA_rpm本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风电机组联合设计选型系统，包括GUI图形化模块软件前端和GUI图形化模块软件后端，其特征在于：所述GUI图形化模块软件前端包括用户登录模块和功能选择模块，所述功能选择模块包括额定电流计算功能模块、额定转速计算功能模块和空载电压计算功能模块三个软件功能模块；所述用户登录模块，用于用户通过账号和密码可进入使用该软件系统所提供的服务，其包括有用户名称子模块、密码输入子模块、运行子模块、退出子模块；每个软件功能模块包括八个参数输入子模块、计算结果子模块、复位子模块、清零子模块、计算子模块和退出子模块。2.根据权利要求1所述的一种风电机组联合设计选型系统，其特征在于：所述额定电流计算功能模块的八个参数输入子模块为发电机额定功率输入子模块、发电机额定转速输入子模块、发电机额定频率输入子模块、发电机额定电压输入子模块、发电机空载电压输入子模块、电机定子电阻输入子模块、发电机定子d轴电感输入子模块和发电机定子q轴电感输入子模块，通过输入上述八个输入子模块对应的参数，计算得出额定电流及功率因素，状态显示栏中会显示输入参数是否合理。3.根据权利要求1所述的一种风电机组联合设计选型系统，其特征在于：所述额定转速计算功能模块的八个参数输入子模块为发电机额定功率输入子模块、发电机额定电流输入子模块、发电机额定频率输入子模块、发电机额定电压输入子模块、发电机空载电压输入子模块、电机定子电阻输入子模块、发电机定子d轴电感输入子模块和发电机定子q轴电感输入子模块，通过输入上述八个输入子模块对应的参数，计算得出额定转速及功率因素，状态显示栏中会显示输入参数是否合理。4.根据权利要求1所述的一种风电机组联合设计选型系统，其特征在于：所述空载电压计算功能模块的八个参数输入子模块为发电机额定功率输入子模块、发电机额定转速输入子模块、发电机额定频率输入子模块、发电机额定电压输入子模块、发电机额定电流输入子模块、电机定子电阻输入子模块、发电机定子d轴电感输入子模块和发电机定子q轴电感输入子模块，通过输入上述八个输入子模块对应的参数，计算得出空载电压及功率因素，状态显示栏中会显示输入参数是否合理。5.根据权利要求1所述的一种风电机组联合设计选型系统，其特征在于：所述功能选择模块还包括发电机的定子电压模型和电磁转矩数学模型，上述模型则服务于各软件功能模块；在分析风电永磁直驱同步发电机结构及原理的基础上，建立发电机的通用等效数学模型即静止对称的三相坐标系下发电机定子绕组的各相电压方程，通过Clarke 变换和 Park 变换等坐标转换、数学推导，将直驱式永磁同步发电机的数学模型由静止对称的三相坐标系变换至静止对称的两相坐标系再变换到旋转的两相对称坐标系，从而将抽象的计算复杂的变系数的微分方程变换为等效的常系数的微分方程来求解控制。6.根据权利要求5所述的一种风电机组联合设计选型系统，其特征在于：dq旋转坐标系下的永磁同步发电机定子电压的数学模型为：u
sd
=R
s
*i
sd
+L
d
*di
sd
/dt
‑
ω*L
q
*i
sq ；u
sq
=R
s
*i
sq
+L
q
*di
sq
/dt+ω*L
d
*i
sd
+ω*Ψ ；dq旋转坐标系下的电磁转矩数学模型为：T
e
=p*[Ψ*i
sq
+(L
d
‑
L
q
)*i
sd
*i
sq
] ；
式中，u
sd 、u
sq 分别是定子 d、q 轴的电压分量；Rs 是定子电阻；i
sd
、i
sq
分别是定子d、q轴的电流分量；L
d
、L
q
分别是定子d、q轴的自感；ω是转子的角速度；Ψ 是转子上永磁体磁链的最大值；p是电机极对数。7.根据权利要求1所述的一种风电机组联合设计选型系统，其特征在于：GUI图形化模块软件后端包括回调函数程序模块、时间程序模块、数据图形化程序模块、背景展示程序模块、算法程序模块；回调函数程序模块：实现将软件前端与软件后端的数据通信；时间程序模块：实现产生实时时间；数据图形化程序模块：将风电机组的典型数据如电流、电压转换为波形图形；算法程序模块：实现功能选择模块中风电机组典型参数如额定电流、额定转速、空载电压等的优化迭代。8.根据权利要求3所述的一种风电机组联合设计选型系统，其特征在于：额定电流计算功能模块的逻辑实现过程步骤如下：步骤一，初始化；将风电机组联合设计所需参数进行初始化；发电机额定功率Pn_kw=a1 kw，发电机额定转速OMEGA_rpm=a2 rpm，发电机额定频率fn= a3 Hz，发电机额定电压Un= a4 Vrms，发电机空载电压U0= a5 Vrms，发电机定子电阻R_mOhm= a6 mOhm，发电机定子d轴电感Ld_mH= a7 mH，发电机定子q轴电感Lq_mH= a8 mH、发电机额定电流In= a9、发电机额定功率因素cosphi= a10、联合设计结果result；其中，发电机额定功率Pn_kw、发电机额定转速OMEGA_rpm、发电机额定频率fn、发电机额定电压Un、发电机空载电压U0、发电机定子电阻R_mOhm、发电机定子d轴电感Ld_mH、发电机定子q轴电感Lq_mH、发电机额定电流In、发电机额定功率因素cosphi、联合设计结果result，在软件程序中变量名分别是edit1、edit2、edit3、edit4、edit5、edit6、edit7、edit8、edit9、edit10、edit11；步骤二，读取静态变量参数；通过参数输入框，关联调用对应的m文件和回调函数，从而读取到前端模块中输入的静态变量参数edit1、edit2、edit3、edit4、edit5、edit6、edit7、edit8、edit9、edit10、edit11，依次传递至发电机额定功率Pn_kw、发电机额定转速OMEGA_rpm、发电机额定频率fn、发电机额定电压Un、发电机空载电压U0、发电机定子电阻R_mOhm、发电机定子d轴电感Ld_mH、发电机定子q轴电感Lq_mH、发电机额定电流In、发电机额定功率因素cosphi、联合设计结果result；步骤三，数学模型解析；执行一次数学模型运算求解，软件判断本次分析结果是有优化解或者无解；步骤四，判断是否在标称电流范围内；数学模型得到的结果为每次迭代参数下模型的额定电流计算值，标称额定电流为模型最优参数下的额定电流理论值，二者关系为理论值和实际值的关系； 通过模型结果与理论值的绝对值是否小于偏差范围即0.1安培，来判断是否在标称额定电流范围内；步骤五，判断发电机参数是否合理；如果模型结果即风电机组的额定电流计算值与额定电流理论值之间的绝对值小于偏差范围即0.1安培，模型结果在标称电流范围内，则发电机参数合理；反之，不合理；步骤六，输出分析结论；
如果发电机参数合理，则在edit9输出额定电流计算值，输出额定电...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋林，周宏林，蒲晓珉，边晓光，吴小田，
申请(专利权)人：东方电气集团科学技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：